Hyperpolarisoitu MR-kuvaus hiili-13-pyruvaatilla ihmiskehossa (POLARIC-13)

Positroniemissiotomografia 18F-fluorodeoksiglukoosilla (FDG) on perinteinen kuvantamistekniikka, joka antaa tietoa kudosten glukoosin ottamisesta, ja se on ollut kliinisesti erittäin onnistunut. Se ei kuitenkaan voi arvioida alavirran aineenvaihduntaa, mikä voi olla hyödyllistä diagnosoitaessa ja arvioitaessa hoitovastetta useissa sairauksissa. Potilaat altistuvat myös ionisoivalle säteilylle. Altistuksen määrä voi vaihdella annetun merkkiaineen annoksen, skannausten tiheyden ja kunkin skannauksen keston mukaan.

Hiili 13 (13C) -magneettikuvaus (MRI) on erityisen houkutteleva aineenvaihdunnan kuvantamiseen, koska hiili toimii lähes kaikkien kehon orgaanisten molekyylien selkärankana. Kuitenkin 13C-isotoopin alhainen luonnollinen runsaus, ~1,1 %, on tehnyt in vivo -kuvauksesta erittäin haastavaa. MR-signaalin 13C-ytimien parantamiseksi koettimia rikastetaan synteettisesti 13C-leiman pitoisuuden lisäämiseksi molekyylissä. MRI-signaalia voidaan edelleen lisätä hyperpolarisaatioprosessilla. Alhaisessa lämpötilassa ja korkeassa magneettikentässä elektronien polarisaatiotaso on erittäin korkea (eli lähes kaikki elektronit ovat samassa suunnassa). Tämä korkea polarisaatiotaso voidaan siirtää 13C-leimattuihin koettimiin, mikä lisää niiden MRI-signaaleja. Tämä polarisaation siirto saadaan aikaan sekoittamalla radikaaleja (vapaiden elektronien lähde) hyperpolarisoitavan 13C-leimatun koettimen (koettimien) kanssa ja asettamalla seos polarisaattoriin magneettikentässä, joka on tyypillisesti 3,0-5,0 T ja alhaisessa lämpötilassa (noin 1 K). Sitten käytetään mikroaaltosäteilytystä polarisaation siirtämiseksi parittomista elektroneista trityyliradikaalissa 13C-leimattua koetinta. Lopullinen liuos säilyttää korkean polarisaatiotason ja se voidaan formuloida fysiologiseen pH-arvoon, osmolaarisuuteen ja lämpötilaan in vivo -injektiota ja metabolisia tutkimuksia varten.

Tällä tekniikalla polarisaatio kasvaa noin 30-40 %:iin, mikä on yli 10 000 - 100 000-kertainen, mikä lisää dramaattisesti MRI-signaalia (kuva 1). Tehostettu signaali on kuitenkin tyypillisesti käytettävissä vain lyhyen ajan (1-2 minuuttia), kun polarisaatio vaimenee takaisin lämpötasapainotasolleen. Siksi nopeaa kuvantamista tarvitaan korkean signaali-kohinasuhteen aineenvaihduntatietojen saamiseksi minimaalisella polarisaatiohäviöllä ja nopeiden aineenvaihduntaprosessien mittaamiseksi.

Tähän mennessä hyperpolarisoitua kuvantamistekniikkaa on suoritettu yli 800 terveelle vapaaehtoiselle ja potilaalle; ja yli 1 200 tutkimuksessa erilaisissa kliinisissä tiloissa.

HYPOTEESI JA TAVOITTEET:

Tämä konseptitodistustutkimus osoittaa 13C hyperpolarisoidun kuvantamisen toteutettavuuden ja soveltamisen terveillä Singaporen asukkailla ja potilailla, joilla on sydän- ja verisuonisairauksia/sydänmetabolisia sairauksia.

1. Määrittää vertailualueita hyperpolarisoidun 13C-pyruvaatin aineenvaihduntatuotteissa (laktaatti, alaniini ja bikarbonaatti) terveillä vapaaehtoisilla ja tutkia 13C hyperpolarisoitujen kuvantamissekvenssien toistettavuutta.
2. Kehittää 13C hyperpolarisoidun kuvantamisen sovellusta potilaille, joilla on sydän- ja verisuonisairauksia sekä sydän- ja aineenvaihduntasairauksia.